商業(yè)太空飛行開創(chuàng)新里程碑
——SpaceX和波音的飛船試飛計劃

方宇寧/編譯

商業(yè)太空飛行開創(chuàng)新里程碑
——SpaceX和波音的飛船試飛計劃

方宇寧/編譯

2011年7月，克里斯·弗格森（Chris Ferguson）指揮完成了最后一次航天飛行任務(wù)，國際空間站留下了自他們30年前執(zhí)行第一次航天飛行任務(wù)時,就一直飄揚在這里的一面小小的美國國旗。“希望這面代表了太空探索榮譽地位的旗幟能一直在這里保留下去，直到下一個美國宇航員重返空間站。”弗格森爵士在執(zhí)行太空任務(wù)期間與奧巴馬總統(tǒng)通話時解釋道。“我明白，商業(yè)太空飛行將在這里展開‘奪旗’行動。”奧巴馬總統(tǒng)回應(yīng)。

作為波音公司的任務(wù)主管，弗格森是該公司負責(zé)開發(fā)和操作搭載美國宇航局（NASA）宇航員飛船進入空間站“奪旗”的負責(zé)人之一。波音公司與太空探索技術(shù)公司（SpaceX）是商業(yè)太空飛行領(lǐng)域的競爭對手，目前他們正在爭分奪秒地與時間賽跑，爭取在NASA與俄羅斯的空間站合同到期之前，再次發(fā)射飛船飛抵空間站。

但是超出計劃外的風(fēng)險因素更多。如果太空飛行能夠擺脫政府合同的“溫室”庇護，并成為真正的商業(yè)行為，那么價格上的競爭最終可能會導(dǎo)致成本大幅下降。2017年有望向著這個方向邁出關(guān)鍵性的幾步。

NASA早在10年前的商業(yè)載人計劃中就開始幫助航空航天公司開發(fā)商業(yè)貨運飛船。NASA一改通常在政府合同之下，由NASA負責(zé)設(shè)計航天器、承包商負責(zé)建造的做法，NASA不再購買飛船，而是采用航空公司建造太空飛船、NASA提供資金和技術(shù)支持，然后NASA再向航空公司購買貨運服務(wù)的模式。

這種被稱為商業(yè)軌道運輸服務(wù)（COTS）的模式，還要提供將宇航員送上太空的服務(wù)。盡管SpaceX表示可將這種服務(wù)寫進COTS協(xié)議中，但NASA決定一旦航天飛機退役后，最主要的商業(yè)飛行是為國際空間站運送物資。根據(jù)COTS項目計劃，SpaceX和軌道科學(xué)公司（如今稱為軌道ATK公司）制造的航天飛機如今都承擔(dān)了在空間站與地球之間運送物資、實驗設(shè)備和其他設(shè)備的往返任務(wù)。

作為載人航天計劃大變動的一部分，NASA于2010年宣布，將采用與COTS協(xié)議相類似的途徑推進航天員運輸系統(tǒng)的開發(fā)進程。為此NASA授予包括波音和SpaceX在內(nèi)的幾家公司多項關(guān)鍵技術(shù)，以支持開發(fā)航天器的早期發(fā)展。

2014年9月，美國宇航局與波音公司和SpaceX簽訂了總價值為68億美元的合同。合同內(nèi)容包括完成太空飛船的建造、各自進行兩次試飛（一次載人、一次不載人）以及6次（每次搭載2人）往返空間站的任務(wù)。兩家公司都在為完成這些任務(wù)而努力。

被譽為“星際航班”的波音CST-100飛船和SpaceX公司的載人龍飛船，外表看起來非常相似。不同于航天飛機，這兩種飛船都是通過火箭發(fā)射太空艙，設(shè)計運載人數(shù)可多達7人，雖然NASA當(dāng)前的計劃要求一次運送4名宇航員，但是這兩家公司還計劃為其他太空游客增設(shè)更多的座位。

波音公司的CST-100在NASA從未降落過的陸地上著陸

但它們之間的差異還是相當(dāng)大的。CST-100將通過美國聯(lián)合發(fā)射同盟公司（洛克希德·馬丁公司和波音公司的合資企業(yè)）阿特勒斯5型（Atlas V）火箭發(fā)射，該火箭自2002年推出以來連續(xù)成功發(fā)射了大約60次任務(wù)。

弗格森對CST-100的運載火箭評述道：“相較于之前的火箭將會有一些差異。”比如CST-100使用兩個而不是一個引擎，還配備了特制的逃生系統(tǒng)，幫助宇航員在特殊情況下逃生。

在返回地球時，CST-100可以在NASA太空艙無法降落的陸地上降落，雖然之前的“水星”、“雙子座”、“阿波羅”太空艙返回時都是在海洋里濺落的，但是CST-100將使用制動火箭、降落傘和安全氣囊在陸地上降落。

這一策略對波音公司很重要，因為它打算重復(fù)使用每架CST-100飛船10次。“我們覺得，為了提高飛船的重復(fù)使用率，我們真的需要讓飛船在陸地上著陸。”波音CST-100飛船項目經(jīng)理約翰·穆赫蘭（John Mulholland）說道。飛船濺落在海洋會產(chǎn)生很多問題，如海水進入太空艙腐蝕飛船組件等。

此外，在陸地上著陸便于卡車和直升機迅速抵達飛船著陸地點，就像俄羅斯的“聯(lián)盟”號著陸時那樣。

不同于波音公司的太空艙，SpaceX公司的載人龍飛船采用公司自主設(shè)計的獵鷹9號火箭發(fā)射，該火箭自2010年投入使用以來已經(jīng)飛行了近30次。2016年9月，一艘搭載貨運龍飛船的獵鷹9號火箭在一次發(fā)射中因發(fā)生爆炸而失敗，但龍飛船本身在承擔(dān)國際空間站的貨運任務(wù)中一直表現(xiàn)良好。此外，SpaceX的龍飛船設(shè)計之始就具備運貨和載人的雙重功能。（詳見本期封二。）

“載人龍飛船和貨運龍飛船之間最大的區(qū)別是增加了更強大的超龍（SuperDraco）推進器。”SpaceX公司載人任務(wù)管理經(jīng)理本杰明·里德（Benjamin Reed）說道。這些推進器安裝在太空艙側(cè)邊，可作為航天器的緊急終止系統(tǒng)。SpaceX公司于2015年5月對這一設(shè)備進行了測試，一架使用超龍推進器的飛船太空艙從佛羅里達的發(fā)射基地起飛，在離岸邊不遠的地方濺落。

對于這些推進器，SpaceX公司另有計劃。最初的載人龍飛船任務(wù)將濺落在海洋里，就像今天的貨運龍飛船一樣。據(jù)里德所稱，濺落在海中并不影響太空艙的重復(fù)使用。“我們的團隊擁有一批世界級的降落傘著陸和水中太空艙回收技術(shù)的專家。”他說。SpaceX公司計劃在新的一年里開展貨運龍飛船的重復(fù)使用工作。

最終SpaceX公司計劃利用載人龍飛船的“超龍”推進器作為動力，可讓宇航員跳傘降落后落在專門的著陸平臺上，而非一頭扎進海里。里德說道，SpaceX公司將在之后的貨運任務(wù)中首次展示這種“推進動力降落”技術(shù)，“我們會循序漸進，先熟悉如何載貨進行助推著陸，再嘗試載人助推著陸。”

這兩家公司在計劃實施上也有所不同。波音公司廣泛利用了合作伙伴關(guān)系，例如，在肯尼迪航天中心租賃了航天飛機機庫，并將它改建為CST-100的車間。波音公司還聘請了NASA的任務(wù)理事會，一個承擔(dān)了休斯頓任務(wù)控制中心標(biāo)志性建筑任務(wù)的機構(gòu)，雇傭其在CST-100飛行任務(wù)中承擔(dān)類似的任務(wù)。

左：造訪過國際空間站的宇航員：截至2016年10月29日，有200多名宇航員造訪過國際空間站（男性，191人；女性，34人）；右：成本低于魚子醬：使用SpaceX的獵鷹重型火箭將1公斤物體送入地球軌道的成本低于1公斤魚子醬的價值

而SpaceX所有的任務(wù)都是獨立完成的。無論是太空艙還是火箭的制造，抑或是載人飛行的任務(wù)控制，都將利用加州霍桑總部的設(shè)施自行處理，目前該設(shè)施正用于貨運龍飛船的運營。“我們建造的不只是龍飛船。”里德說，“我們要構(gòu)建的是一個完整的系統(tǒng)，一個經(jīng)過論證能保證載人飛行安全性的系統(tǒng)。 ”

自2014年美國國家航空航天局（NASA）與波音和SpaceX簽訂合同以來，這兩家公司一直在忙于開發(fā)各自的太空飛船。具體任務(wù)包括降落傘和其他著陸系統(tǒng)的測試，SpaceX于2015年進行了發(fā)射中止試驗和其他各種測試。

但是計劃已然推遲。NASA最初希望商業(yè)載人飛船在2015年底準備就緒，但由于對該計劃信心不足以及預(yù)算緊縮原因，國會削減了對這一計劃的支出，導(dǎo)致這一目標(biāo)要推遲到2017年底。

2016年9月，NASA的檢察長辦公室的報告警告說，與波音和SpaceX簽署的CCtCap合同有進一步延期的風(fēng)險。國會如今已經(jīng)為該計劃提供了充足的資金，目前延期的原因已經(jīng)不是錢的問題，而是技術(shù)上的問題。“盡管承包商（SpaceX）的態(tài)度非常樂觀，但是根據(jù)我們對搜集到的信息進行的分析和處理結(jié)果，我們認為不管是波音公司還是SpaceX公司在2018年底之前都不太可能獲得為國際空間站運送乘員的資格。”報告總結(jié)道。

報告公布之時，波音公司的計劃時間表已經(jīng)向后推遲了好幾個月，載人試飛計劃定于2018年初。“我們計劃于2018年中期做好開通航班服務(wù)的準備。”弗格森在2016年9月中旬時說道。一個月后，波音公司宣布計劃延遲半年。原定于2018年2月的載人試飛推遲到2018年8月，預(yù)計2018年 12月開始首次執(zhí)行任務(wù)。波音公司將延遲歸咎于因CST-100太空艙導(dǎo)致的Atlas V火箭的氣動載荷等問題。

“我們已經(jīng)克服了技術(shù)開發(fā)上的許多障礙。”在波音宣布計劃修改之后，穆赫蘭于10月中旬說道，對公司是否能夠按新的時間表完成任務(wù)他表示樂觀。

SpaceX公司的時間表更為謹慎一些。根據(jù)NASA 2016年7月正式公布的時間表，該公司計劃于2017年5月進行一次無人龍飛船試飛任務(wù)，緊接著于2017年8月進行一次載人飛行測試。這個時間表定于獵鷹9號在發(fā)射臺爆炸之前，結(jié)果導(dǎo)致許多任務(wù)被推遲，包括那些測試飛行任務(wù)。

2016年12月中旬，NASA宣布SpaceX將其無人飛行試飛推遲到2017年11月，其首次載人飛行推遲到2018年5月，因此未來一年里不會有運送宇航員的飛行任務(wù)。

NASA也感受到了壓力，它需要至少有一個公司能夠在2018年年底前運送宇航員到空間站，因為2018年年底是其與俄羅斯合同到期的時間。延長與俄羅斯的合同不是他們想要的選擇，美國航空航天局人類探索任務(wù)副行政官威廉·葛斯坦邁亞（William Gerstenmaier）說道。

波音公司和 SpaceX公司的太空飛行任務(wù)到2018年底能準備就緒嗎？“仍然有這個可能。”葛斯坦邁亞說道。這取決于未來哪家公司能夠“奪旗”成功，航天商業(yè)化需要這兩家公司以及其他觀望中公司的參與和競爭。

[資料來源：IEEE Spectrum][責(zé)任編輯：松 石]

本文作者杰夫·福斯特（Jeff Foust）是馬里蘭州貝塞斯達富創(chuàng)公司的高級航空分析師。他還是《空間評論》的編輯和出版商。